时间-空间相关成像技术评估中孕期胎儿心功能的初步研究

姬宏娟 JI Hongjuan

汪龙霞 WANG Longxia

王军燕 WANG Junyan

徐 虹 XU Hong

周春艳 ZHOU Chunyan

先天性心脏病是新生儿最常见的严重先天畸形，在活产婴儿中发生率约为8‰，分别是染色体异常和神经管畸形发生率的6.5倍和4倍，是新生儿死亡的主要原因[1]。先天性心脏病可分为结构异常和功能异常。影响胎儿心功能的原因有先天性心脏结构畸形、胎儿全身水肿、胎儿糖尿病心肌病、宫内发育迟缓或双胎输血综合征等。精确地评估胎儿心功能可为临床提供有意义的诊断和监护价值。常规二维超声检查对分析先天性心脏病结构异常较精确，但评估心脏功能方面则受到限制[2]。三维/四维超声因自身的特点，具有二维超声无法比拟的优势，越来越广泛地应用于临床诊断中。本研究初步探讨三维/四维超声时间-空间相关成像（spatior-temporal image correlation，STIC）技术在中孕期胎儿心功能评估中的应用。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2010-11～2011-06110例在我院行中孕期超声检查的孕妇，孕周20～27+6周；孕妇年龄20～39岁，平均（28.00±3.55）岁。纳入标准：孕妇均有准确停经史，或在早孕期超声检查证实胎龄与孕周相符；身体健康，无吸烟、无嗜酒等不良嗜好，无高血压、糖尿病、心、肝、肾等慢性疾病，无先天性心脏病生育史和家族史；均为单胎妊娠，经产科临床检查未发现异常，中孕期常规二维超声检查未发现心脏结构异常和其他结构异常，羊水最大深度正常（3～8cm）。

1.2 主要仪器 二维超声检查及STIC采集均使用GE voluson E8彩色多普勒超声诊断仪和RAB 4～8MHz容积探头。

1.3 容积资料采集及分析

1.3.1 采集前准备 在二维模式下常规检查胎儿心脏及其他部分无结构异常。再次核对孕周，确定胎儿数量、测量双顶径、头围、腹围、股骨，了解胎儿生长发育情况并估测胎儿体重。

1.3.2 采集方法 在三维/四维模式下获得胎儿标准心尖四腔心切面（图1），优化四腔心切面图像，主要采用图像放大和调整对比度，将图像放大至整个显示屏的1/2～2/3，调整对比度至8～9。嘱孕妇采集时屏气，启动STIC自动采集功能，采集容积数据应包括完整的心动周期，如图像不满意则重新采集。采集时间12.5～15s，采集角度25°～35°。采集过程中要求：①胎儿基本处于静止状态，少或无胎动；②胎儿心脏没有或极少有肋骨遮挡；③探头扫描范围应包括上纵隔横切面和上腹部横切面。采集完成后存至硬盘留做分析。

1.3.3 分析方法 采用容积分析工具体器官计算机辅助分析软件（virtual organ computer-aided analysis,VOCAL）读取硬盘中STIC采集的容积资料，容积资料为3个正交平面，观察整个胎儿心脏循环，在心脏收缩和舒张末期房室瓣开放和关闭的瞬间停帧，心脏收缩末期为房室瓣开放前，心脏舒张末期为房室瓣关闭后，将左、右心室分别围绕“固定轴”（即将参照点移至左、右心室的中心部位）旋转180°，设每30°旋转一个心室平面，共6个平面，手动勾画出每个心室不同平面的轮廓，即自动计算出左、右心室收缩和舒张末期容积。手动勾画的范围包括整个心室内膜层，右心室应包括调节束（图2A、B）。

图1 采用STIC技术获得心尖四腔心切面。LV：左心室；RV：右心室；LA：左心房；RA：右心房。图2 采用VOCAL软件描画心室容积。A：LEDV；B：LESV

1.3.4 计算心室容积和射血分数[3-5]得出每个心室舒张末期容积（end-diastole volume，EDV）和收缩末期容积（end-systole volume，ESV）后，计算每搏量（stroke volume，SV）、心排血量（cardiac output，CO）、射血分数（ejection fraction，EF）。

1.4 统计学方法 采用SPSS 13.0软件，计量资料数据以表示，采用Pearson相关分析评价LSV、RSV、LCO、RCO、LVEF、RVEF与孕龄的相关性，采用方差分析比较本研究结果与其他方法研究结果的一致性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

110例胎儿中，94例（85.5%）获得满意心脏容积，16例因胎动频繁未能获得满意容积。孕20～27+6周正常胎儿左、右心室EDV、ESV见表1。LSV、RSV、LCO、RCO随孕龄增加而逐渐增加（图3～6），与孕龄呈正相关（表2）。孕20～27+6周间LVEF为（49.48±4.12）%；RVEF 为（51.07±4.00）%；LVEF、RVEF较稳定，不随孕龄增加而增加，与孕龄无明显相关性（r＝0.02、0.04，P＞0.05）（图7、8）。本研究结果与采用不同方法所得左、右心室SV、CO值比较差异无统计学意义（P ＞ 0.05），LSV（F＝0.094，P＝0.911），RSV（F＝0.364，P＝0.705），LCO（F＝0.043，P＝0.958），RCO（F＝0.110，P＝0.897）。

表1 孕20～27＋6周正常胎儿心室EDV、ESV（ ，ml）

表1 孕20～27＋6周正常胎儿心室EDV、ESV（ ，ml）

表2 孕20～27＋6周正常胎儿心室SV、CO与孕龄的相关性（ ）

表2 孕20～27＋6周正常胎儿心室SV、CO与孕龄的相关性（ ）

图3 LSV与孕龄的相关性。

图4 RSV与孕龄的相关性

图5 LCO与孕龄的相关性。图6 RCO与孕龄的相关性。图7 LVEF与孕龄的相关性。图8 RVEF与孕龄的相关性

3 讨论

胎儿心脏功能是临床观察胎儿宫内情况的一个重要指标，探讨胎儿心功能的变化，可以及时了解胎儿宫内生长发育情况，尤其对于高危胎儿的临床监护至关重要。因此，及时发现心脏功能异常，是围生期超声检测的一项重要任务。

在成人和儿童，常用于评价心功能的监测指标为EF和SV，这2个指标由ESV和EDV容积计算得出。常规二维超声通常用辛普森法计算，即取心尖正交两切面（四腔心切面和两腔心切面），沿左心室长轴将心室分成若干等分圆柱体，其容积之和即为心室容积。辛普森法是将心室看成一个正圆柱形，受到数学形态几何学假设的限制，使得心室容积误差较大，重复性差[6,7]。另一个常用方法是Tei指数，为心室等容收缩时间（isovolumetric contraction time, ICT）与等容舒张时间（isovolumic relaxation time, IRT）之和除以心室射血时间（ejection time, ET）,即（ICT＋IRT）/ET。Tei指数是一个综合反映心功能的新指标，它具有不受心室几何形状或孕周影响等优点，但对胎儿心律失常者应用受到限制[8]。其他估测胎儿心功能的常用方法有：①用M型曲线测定胎儿左心室功能。②用多普勒超声估测胎儿心脏收缩及舒张功能等。以上各种方法在临床评价胎儿心功能方面发挥了重要作用，但也受到诸多因素的限制，包括胎儿心脏体积小、心内膜显示不清、心率较快、胎位及心室形态的影响，不易获得准确数据[8]。

STIC技术是近几年发展起来的一项新的胎儿心脏检查的三维/四维超声方法。它将三维数据的采集与信息的获取结合起来，可以直接进行胎儿心脏动态三维超声成像，弥补了二维超声的不足[9]。近年STIC技术已较多用于胎儿心脏结构检查及诊断，其在胎儿心功能方面的应用报道较少。STIC技术结合VOCAL软件用于检测胎儿心脏容积，评估胎儿心功能，可为临床提供更多胎儿心功能方面的信息。VOCAL软件是用于体积测量的一个新技术，它通过180°旋转，自主设置每个旋转平面的角度对其进行自动或手动勾画出组织轮廓来进行容积测量。如旋转角度为6°、9°、15°、30°，需分别勾画30、20、12、6个二维旋转切面。旋转角度为30°是理想角度，既可以节省后期勾画时间，又可以得到满意的容积数据[10-12]。该方法的优势为：①后期容积勾画操作简便，只需设置好旋转角度，VOCAL软件可自动根据设置角度选择勾画平面；②避免了二维超声中对心脏功能评估时需要将心室腔假设成几何形状，并不受心率或心律的影响；③后期勾画容积时，可以直接观察到勾画的情况及心室腔的边界；④勾画完成后，可以对每个平面的勾画边界进行调整，以尽量确保容积测量的精确性。该方法的局限性：①STIC容积的采集受孕妇腹壁脂肪层的厚度及胎动的影响，本研究中16例因胎动频繁未获得满意的容积数据；②胎儿心脏位置、呼吸运动、随孕周增加，脊柱、肋骨骨化明显造成的声影，均会对容积图像采集造成影响；③随孕周增加，胎儿心肌及室间隔渐薄，对其分辨率降低，对确定精确勾画边界造成影响；④手动勾画，受操作者主观意识的影响，其所测容积的可重复性可能会降低。

胎儿期随孕龄逐渐增加，胎儿体重相应增加， 需 氧 量 增 加，LSV、RSV、LCO、RCO应逐渐增加以满足胎儿生长发育的需求。本研究显示，LSV、RSV、LCO、RCO值均随孕周增加而增加，与理论相符。胎儿期特殊的心血管循环系统使得右心功能强于左心功能[10,11]，本研究发现，孕20～27+6周 LSV 为（0.33±0.06）～（1.13±0.11）ml；LCO 为（49.66±8.10）～（163.51±17.68）ml/min；RSV 为（0.40±0.07）～（1.29±0.11）ml；RCO 为（59.96±9.43）～（187.57±15.98）ml/min；LVEF 为（49.48±4.12）%；RVEF为（51.07±4.00）%，其LSV、LCO、LVEF均低于RSV、RCO、RVEF，与理论相符。成人正常心脏LVEF为（67±8）%[6]，本研究通过STIC技术VOCAL软件所得LVEF低于成人，考虑由于胎儿期心肌尚未发育完全、心肌顺应性差、心肌收缩力低所致。Uittenbogaard等[3]用三维多层分析法、Messing等[4]用STIC技术反转模式分析方法、Molina等[5]用STIC技术VOCAL分析法对胎儿期心功能进行评估，其在孕20～27+6周所 得 LSV（0.33～ 1.07）ml、RSV（0.32～ 1.18）ml、LCO（43.45～ 112.77）ml/min、RCO（46.72～ 165.32）ml/min。本研究结果与不同方法所得左、右心室SV、CO值比较无明显差异，测值相似，一致性好。Mielke等[12]和De Smedt等[13]通过二维超声心动图测得孕24周LCO值分别为125ml/min、150ml/min，RCO值均为175ml/min，而本研究中孕24周LCO值（101.40±14.23）ml/min，RCO值（114.60±17.37） ml/min，较文献报道结果略低。原因可能是由于二维超声心动图在评价心功能时多是将心室假设成一个规则的圆柱形，这样会造成误差增大，致使测值增大。满意的容积资料采集可以增加容积测值的精确性，必须要有满意的二维图像。二维图像应尽量获得标准心尖四腔心切面。心尖四腔心心肌及室间隔较心底四腔心壁薄且光滑，可确保后期处理中精确勾画出心室的轮廓，以获得较精确的容积数据。

综上所述，运用STIC技术VOCAL软件评估胎儿心功能操作简单，能较为准确客观地测量胎儿心室容积，有望成为胎儿心功能检查的一种新方法，值得进一步探讨。

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